減少排放的內燃發動機系統的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]諸如柴油發動機的內燃發動機與排氣系統連接，該排氣系統通常包括后處理系統以減少諸如NOx的污染物從排氣管的排放。這種后處理系統可以使用氧化催化劑、顆粒過濾器和選擇性催化還原(SCR)催化劑。由于通常在較高的排氣溫度下更有效地操作SCR催化劑，因此使用諸如烴注入、氧化催化劑和/或變幾何渦輪(VGT)入口控制的某些排氣加熱策略以增加或保持SCR催化劑的溫度在其有效溫度范圍內。然而，使用此類系統的這些排氣加熱策略和NOx排放控制是在高初始系統成本、燃料損失和/或系統壽命內的高操作成本下獲得的。
[0002]SCR催化劑遭受由于在SCR催化劑上積累諸如硫和烴類的各種污染物而導致的性能變差。在包括顆粒過濾器的排氣系統中，活性顆粒過濾器再生可以部分地用作SCR催化劑的再生事件以及用于去除硫中毒。然而，顆粒過濾器再生導致燃料損失，并且柴油顆粒過濾器需要維修以及后處理系統的成本和操作方面的額外開支。此外，盡管氧化釩SCR催化劑與其他SCR催化劑相比提供了改善的N0轉化和對硫中毒的抗性，但是使用顆粒過濾器的后處理系統通常不使用氧化釩SCR催化劑，這是因為其在高溫條件下缺乏耐熱性，例如在顆粒過濾器再生過程中存在的高溫條件。
[0003]柴油發動機排氣系統還通過控制排氣系統中的變幾何渦輪(VGT)的入口的開啟來提高廢氣溫度。然而，VGT是昂貴的，并且開啟的控制根據用于獲得期望結果的發動機操作條件而可能是復雜的。因此，在該領域期望為可操作地滿足排放標準的內燃發動機提供低成本排氣和后處理系統的進一步技術發展。
【發明內容】
[0004]公開了內燃發動機系統和方法，其包括:具有用于控制從排氣系統通往進氣系統的EGR流的EGR控制閥的廢氣再循環(EGR)系統；包括具有廢氣旁通閥的渦輪機的渦輪增壓器；排氣節流閥；和氧化釩SCR催化劑。該系統和操作系統的方法不使用VGT、氧化催化劑或顆粒過濾器。通過控制發動機NOx輸出水平和/或通過提高或保持排氣溫度以使氧化釩SCR催化劑處于其有效操作溫度范圍內來控制諸如NOx的排放物。可以例如通過控制EGR控制閥以調節再循環的廢氣量、控制廢氣旁通閥以調節通過廢氣旁通閥和渦輪機入口的廢氣量以及控制排氣節流閥以控制通往氧化釩SCR催化劑的廢氣量和廢氣溫度而實現此類操作。
[0005]提供本概述以介紹在下面例示性實施方案中進一步描述的概念的選擇。本概述不意圖確定要求保護的主題的關鍵或必要特征，也不意圖用于輔助限制要求保護的主題的范圍。其他實施方案、形式、目的、特征、優點、方面和益處根據下列描述和附圖會變得顯而易見。
【附圖說明】
[0006]圖1是系統的示意圖，所述系統包括與具有EGR系統、廢氣旁通閥渦輪增壓器、排氣節流閥和在排氣節流閥下游的氧化釩SCR催化劑的排氣系統連接的內燃發動機。
[0007]圖2是EGR系統的替代布置的示意圖。
[0008]圖3是操作圖1的系統的程序的流程圖。
【具體實施方式】
[0009]出于促進理解本發明的原理的目的，現在對附圖中例示的實施方案進行參考并且具體文字用于對其進行描述。然而，應當理解由此不意圖限制本發明的范圍，在本文涵蓋了所例示的實施方案中的任何改變和進一步的修正、以及本發明所涉及的領域中的技術人員通常會想到的在本文中例示的本發明的原理的任何其他應用。
[0010]參考圖1，所示出的系統10包括內燃發動機12，其可操作地產生進入與發動機12連接的排氣系統16的廢氣流14。發動機12可以為柴油發動機，以與其他發動機組合作為獨立的動力源，或者作為包括用于至少一個動力源的內燃發動機的混合動力傳動系的一部分。系統10可以用于移動應用如車輛、機車或海洋應用，或者用于諸如發電或栗送系統的固定應用。
[0011]排氣系統16包含至少一個廢氣流通路18，其用于將廢氣運送至后處理系統20并通過后處理系統20。系統10還包含進氣系統70以向發動機12提供進料流，發動機12包括進入的空氣和再循環的廢氣。提供渦輪增壓器80，其包括廢氣流通路18中的渦輪機82和進氣系統70中的壓縮機84。在渦輪機82處提供廢氣旁通閥86以提供響應某些操作條件而繞過渦輪機82的廢氣流通路。在例示的實施方案中，廢氣旁通閥86為外部廢氣旁通閥。其他實施方案包括內部廢氣旁通閥。
[0012]排氣系統16還包含在渦輪機82下游的排氣節流閥74。進氣系統70還可以包括在壓縮機84下游的進氣節流閥72。EGR系統90包括使廢氣流通路18連接于進氣系統70的EGR管道94。在例示的實施方案中，EGR系統90是連接渦輪機82上游和壓縮機84下游的高壓系統。EGR系統90包含與EGR管道94和EGR冷卻器96連接的EGR控制閥92。配置EGR旁路98以繞過EGR冷卻器96周圍的所有或一部分EGR流。在圖1所例示的EGR系統90的實施方案中，EGR控制閥92在EGR冷卻器96的上游。在另一實施方案中，諸如圖2所示的EGR系統90’，EGR閥92在EGR冷卻器96的下游和/或EGR冷卻器旁路被省略。可以通過控制器50控制排氣節流閥74、進氣節流閥72、廢氣旁通閥86和EGR控制閥92以促進對來自發動機12的熱輸出和/或NOx輸出的控制。
[0013]后處理系統20包括與至少一個來自發動機12的廢氣流通路18操作地連接的至少一個氧化釩SCR催化劑22。可設計的是，排氣系統16在氧化釩SCR催化劑22的上游沒有任何變幾何渦輪、氧化催化劑和顆粒過濾器，如在下文進一步討論的，排氣節流閥74、廢氣旁通閥86和EGR控制閥92可操作地提供后處理系統20的發動機NOx輸出管理和熱管理，從而產生減少的來自排氣系統16的NOx排放和對氧化釩SCR催化劑22的溫度控制。
[0014]排氣節流閥74、廢氣旁通閥86和EGR控制閥92各自包括與控制器50可操作地連接的驅動器以接收控制信號，該控制信號與發動機12和排氣系統16的操作參數響應地將各個裝置驅動至開(on)-關(off)或開啟(open) -閉合(closed)位置或者開-關或開啟-閉合位置之間，從而提供來自后處理系統20的NOx輸出管理及其溫度管理。排氣節流閥74和/或EGR控制閥92可以包括在廢氣流通路中可在諸如開啟/開位置和關閉/關位置的至少兩個位置之間驅動的任何適合的閥構件，盡管不排除全權(full authority)閥構件。排氣節流閥74和/或EGR控制閥92的閥構件可以為例如蝶式閥、閘式閥或球式閥。在一個實施方案中，排氣節流閥74的閥的流量限制部分包括通路，以使當閥閉合或關時，設置在發動機12的目標低負載條件下的最小廢氣流被允許由此通過。驅動器可以為電驅動器、電動機、氣動驅動器或任何其他合適類型的驅動器，以操作排氣節流閥74、廢氣旁通閥86和EGR控制閥92的閥構件。
[0015]在系統10的一個實施方案中，廢氣流14按順序從渦輪機82和廢氣旁通閥86中的至少一個直接傳送至排氣節流閥74，然后直接傳送至氧化釩SCR催化劑22。將后處理系統20設計成操作時不干擾氧化釩SCR催化劑22上游的顆粒過濾或氧化反應，并且省略氧化釩SCR催化劑22上游的任何顆粒過濾器和氧化催化劑。由于在涉及氧化釩SCR催化劑22上游的顆粒過濾器再生或氧化反應的系統10